Une avancée scientifique nécessite souvent une technologie de pointe, mais la réponse réside parfois dans un regard en arrière. Les chercheurs proposent de ressusciter une expérience conçue par le scientifique britannique Henry Cavendish en 1773 pour traquer l’un des mystères les plus insaisissables de l’univers : la matière noire.
Alors que Cavendish avait initialement prévu d’étudier l’électromagnétisme à l’aide de coques métalliques imbriquées, les physiciens modernes de l’Université de Stanford et de l’Université du Delaware pensent que cette configuration vieille d’un siècle pourrait être la clé pour détecter les particules millichargées (mCP). Ces particules hypothétiques sont de solides candidats pour la matière noire, une substance qui représente environ 85 % de la matière de l’univers mais qui reste invisible pour les méthodes de détection traditionnelles.
La science derrière la recherche
La matière noire n’interagit pas avec la lumière, ce qui rend impossible la vision directe. Cependant, il exerce une influence gravitationnelle sur la matière visible. Une théorie majeure suggère que la matière noire pourrait être constituée de particules dotées de charges électriques extrêmement petites, bien plus petites que celles des électrons ou des protons. Ce sont les particules millichargées.
Parce que les mCP portent une charge, ils interagissent avec les champs électromagnétiques. Cette propriété en fait des cibles idéales pour la conception originale de Cavendish, qui mesurait le potentiel électrique entre deux coques métalliques imbriquées. La version moderne proposée reproduirait cette structure :
- La configuration : Une grande coque métallique extérieure est connectée à une source de tension, tandis qu’une coque intérieure reste isolée.
- L’accumulateur : un appareil agit comme un « aspirateur », attirant les particules chargées de l’air ambiant vers la chambre expérimentale.
- La détection : si des mCP sont présents, leurs minuscules charges créeraient une différence de tension mesurable entre les coques interne et externe.
“Le fait d’être chargés en fait un bon choix pour la configuration vieille de plusieurs siècles de Cavendish”, explique Peter Graham de l’Université de Stanford.
Pourquoi c’est important : simplicité et sensibilité
Dans un domaine dominé par des accélérateurs de particules valant des milliards de dollars et des détecteurs souterrains massifs, l’attrait de cette proposition réside dans son efficacité et son prix abordable.
- Rentable : le coût estimé est inférieur à 1 million de dollars, soit environ un millième du coût d’exploitation annuel d’un accélérateur de particules.
- Haute sensibilité : les calculs suggèrent que cette méthode pourrait être 100 à 10 000 fois plus sensible que les méthodes précédentes de détection des mCP.
- Vitesse : contrairement aux projets d’infrastructure à grande échelle qui prennent des décennies, cette expérience pourrait être construite et opérationnelle d’ici deux à trois ans.
Kevin Kelly, de la Texas A&M University, note que les estimations des chercheurs pourraient même être prudentes. Si elle est précise, cette approche pourrait détecter des particules dont les charges étaient auparavant considérées comme trop petites pour être mesurées, ouvrant ainsi une nouvelle fenêtre sur la composition du cosmos.
Une nouvelle ère pour la recherche sur la matière noire
La communauté scientifique en prend note. Christopher Hill de l’Ohio State University reconnaît que cette technique pourrait surpasser les méthodes actuelles en termes de sensibilité et de vitesse. “Ce serait un grand pas en avant pour comprendre de quoi est composée une grande partie de l’univers et comment il fonctionne”, déclare Hill, notant qu’il envisage de construire une expérience similaire avec sa propre équipe.
En cas de succès, les implications vont au-delà de la simple détection. L’appareil pourrait potentiellement capturer et stocker des particules millichargées, permettant aux scientifiques de les étudier en détail. Comme le dit avec humour Harikrishnan Ramani de l’Université du Delaware : « Vous pouvez stocker et offrir aux gens des particules millichargées. »
Conclusion
En comblant le fossé entre la physique du XVIIIe siècle et la cosmologie du XXIe siècle, cette expérience proposée offre une voie rationalisée et peu coûteuse pour potentiellement résoudre l’une des plus grandes énigmes de la physique. Cela prouve que parfois, les outils les plus puissants pour explorer l’inconnu ne sont pas les plus récents, mais les plus intelligents.
